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GPS接收机数据处理技术研究

滕云龙  
【摘要】:GPS接收机广泛用于导航、定位、授时等诸多领域。本文主要讨论GPS接收机数据处理技术,对GPS接收机数据处理过程中若干关键问题进行研究,主要包括载波相位测量数据周跳探测、GPS接收机钟差序列预测、恶劣环境下GPS接收机定位解算以及钟差预测模型辅助接收机自主完备性监测(RAIM)等方面。本文主要成果总结如下: (1)载波相位测量数据周跳探测方法研究。分别应用时间序列分析方法与希尔伯特-黄变换(HHT)方法对GPS载波相位测量数据进行周跳探测。其中:周跳探测时间序列分析方法以载波相位测量数据加权预测模型为基础构造统计量对周跳进行探测;而周跳探测HHT方法将周跳视为GPS载波相位测量数据发生故障,将周跳探测等效为载波相位测量数据故障特征提取问题。实验结果表明,两种方法可以对载波相位周跳进行实时准确探测。 (2)接收机钟差预测方法研究。将GPS接收机钟差序列视为灰色系统,根据灰色理论对钟差序列进行预测,同时结合矩阵条件数对接收机钟差灰色预测模型稳定性进行判断。结果表明:钟差灰色预测模型稳定,不存在病态性。此外,相对于钟差多项式模型而言,钟差灰色模型预测精度较高,适合于GPS接收机钟差序列短期预测。 (3)双星条件下GPS接收机定位解算方法研究。在双星条件下,当GPS接收机处于静止状态时,该方法通过三次观测将GPS接收机伪距观测方程扩展至可求解状态,然后根据伪距方程进行定位解算获得接收机三维坐标。实验结果表明:在仅有两颗卫星时,该方法可以继续提供GPS接收机定位信息,从而提高GPS接收机定位连续性。 (4)钟差辅助接收机自主完备性监测(RAIM)方法研究。将接收机钟差序列视为GPS卫星,并根据钟差灰色预测模型对RAIM方法进行辅助,从而提高RAIM方法可用性。实验结果表明,与RAIM方法相比,钟差灰色预测模型辅助RAIM方法对可用卫星数要求较低。在4颗卫星条件下,钟差灰色预测模型辅助RAIM方法可以进行故障卫星检测;当观测到5颗卫星时,该方法可以识别出故障卫星并将其剔除,从而提高GPS接收机定位精度。此外,相比于钟差多项式模型辅助RAIM方法而言,钟差灰色预测模型辅助RAIM方法在故障卫星检测与识别效率以及接收机定位精度等方面均有所提高。


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